음성 인터넷 프로토콜

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1. 개요

음성 인터넷 프로토콜(VoIP)은 인터넷을 통해 음성 통화를 전송하는 기술로, 1973년 초기 ARPANET에서 패킷 음성 시연으로 시작되었다. 1990년대 초 보컬챗, 보컬텍의 인터넷 폰 출시와 함께 상용화되었으며, H.323, SIP 등의 프로토콜이 개발되었다. 2000년대 들어 고속 인터넷 보급으로 VoIP 서비스가 확산되었고, 스카이프와 같은 서비스가 등장하며 대중화되었다. VoIP는 다양한 기술적 특징을 가지며, SIP, H.323, RTP, RTCP 등의 프로토콜을 사용한다. 서비스 품질(QoS)과 보안 문제, 다양한 VoIP 시스템 간의 상호 운용성 등이 과제로 남아있으며, 대한민국에서는 사업자 등록, 미국에서는 E911 서비스 제공 등 법적 규제를 받는다.

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음성 인터넷 프로토콜
기본 정보
다른 이름	VoIP, 인터넷 전화, IP 전화, 광대역 전화
분야	통신
프로토콜	H.323 SIP RTP SDP IAX2 MGCP MEGACO Skinny Client Control Protocol
사용하는 네트워크	IP 네트워크
표준	ITU-T IETF
기술
기술 종류	코덱 신호 프로토콜
데이터 전송 방식	패킷 스위칭
주요 기능	음성 및 멀티미디어 통신
장단점
장점	통신 비용 절감 기존 네트워크 활용 다양한 기능 제공 (영상 통화, 메시징 등)
단점	네트워크 품질에 따라 통화 품질 저하 가능성 보안 문제 발생 가능성 전력 의존성
보안
보안 방법	암호화 터널링 (Layer 2 터널링 프로토콜) 보안 소켓 계층 (SSL)
역사
초기 개발	1990년대 초
상용화 시작	1990년대 후반
발음
발음	'브이오아이피' 또는 '보입'

2. 역사

1973년, 대니 코헨은 초기 ARPANET에서 네트워크 음성 프로토콜을 개발하여 패킷 음성을 처음으로 시연했다.^[84]^[85] 1974년에는 캘리포니아주 골레타에 있는 컬러-해리슨 주식회사와 매사추세츠주 렉싱턴에 있는 MIT 링컨 연구소 간의 ARPANET을 통한 최초의 실시간 음성 통화가 선형 예측 코딩(LPC)이라는 음성 코딩 데이터 압축 알고리즘 덕분에 성공했다.^[86] LPC는 음성을 2.4kbps까지 압축하여 초기 모뎀의 2.4kbps 대역폭으로 실시간 통신을 가능하게 했다.

1990년대 초, 보컬챗과 같은 초기 VoIP 소프트웨어가 등장했다. 1995년 2월, 보컬텍은 리오르 하라마티와 알론 코헨의 특허를 기반으로 상용 인터넷 전화 소프트웨어 'Internet Phone'을 출시하여 상용화의 길을 열었다.^[89] 1990년대 후반에는 H.323, MGCP 및 세션 시작 프로토콜(SIP)과 같은 VoIP 관련 프로토콜이 개발되었다.

2000년대 초, 광대역 인터넷 보급과 함께 인터넷 전화 서비스 제공업체(ITSP)가 등장하며 VoIP 서비스가 대중화되었다. 2003년 8월, 스카이프가 출시되어 VoIP 대중화에 크게 기여했다. 아스터리스크 PBX와 같은 오픈 소스 전화 소프트웨어의 개발은 VoIP 서비스 확산을 가속화했다.

2010년대 이후, 모바일 환경에서 VoLTE, Vo5G 기술이 등장하며 이동통신망과의 통합이 이루어졌다.

대한민국에서는 2000년대 초반부터 ADSL, FTTH 등 초고속 인터넷망 보급과 함께 VoIP 서비스가 빠르게 확산되었다.

일본에서는 2005년, 퓨전 커뮤니케이션즈(현 라쿠텐 커뮤니케이션즈)가 일본 최초로 전용 IP망 중계전화를 시작했다. 같은 해, KDDI가 내부 중계망을 전용 IP망으로 구성한 메탈 플러스 서비스를 시작했다. 2012년에는 윌컴이 모든 기지국에 VoIP 대응 교환기를 도입하여 내부 중계망을 전용 IP망으로 전환했다.

2. 1. 한국 VoIP 산업 발전과 정부 정책

대한민국에서는 정부에 등록된 사업자만 VoIP 서비스를 제공할 수 있다. 많은 VoIP 사업자들이 정액 요금제를 제공하는 것과 달리, 한국의 VoIP 서비스는 대부분 사용량에 따라 요금이 부과되며, 유선 전화와 비슷한 요금으로 청구된다. 외국 VoIP 사업자는 정부 등록에 높은 장벽에 직면한다.^[78]

2006년 주한미군(USFK) 기지에 거주하는 주한미군 구성원에게 개인 인터넷 서비스를 계약으로 제공하는 인터넷 서비스 제공업체(ISP)들이 주한미군 구성원들이 미국에 있는 가족과 경제적으로 연락을 유지하는 수단으로 사용하는 VoIP 서비스에 대한 접근을 차단하겠다고 위협하면서 이 문제가 극에 달했다. 그 이유는 해당 구성원들의 VoIP 사업자가 등록되어 있지 않았기 때문이었다. 2007년 1월 주한미군과 한국 통신 당국 간에 타협이 이루어져, 2007년 6월 1일 이전에 한국에 도착하여 기지에서 제공하는 ISP 서비스를 이용하는 주한미군 구성원은 기존의 미국 기반 VoIP 서비스를 계속 사용할 수 있지만, 그 이후에 도착하는 구성원은 한국 기반 VoIP 사업자를 이용해야 하며, 계약에 따라 미국 VoIP 사업자들이 제공하는 정액 요금제와 유사한 가격을 제공해야 한다.^[78]

3. 기술적 특징

VoIP는 음성 신호를 디지털 데이터로 변환하여 패킷 교환 네트워크를 통해 IP 패킷 형태로 전송한다. 기존의 회선 교환 네트워크와는 다른 방식이다.^[3]

음성 데이터 압축 및 복원을 위해 다양한 코덱이 사용되며, 통신 제어 및 관리를 위해 다양한 프로토콜이 사용된다. VoIP 통신은 네트워크 연결, 세션 관리, 신호 처리, 미디어 설명 및 전송, 보안 등 다양한 기능을 수행하는 여러 프로토콜을 사용하여 구현된다.

IP 네트워크에서의 통신은 신뢰성이 떨어지기 때문에, VoIP는 서비스 품질(QoS) 기술을 통해 통화 품질을 개선하고 안정적인 서비스를 제공한다. QoS 및 경험 품질(QoE) 보고를 지원하기 위해 RTP 제어 프로토콜(RTCP) 확장 보고서,^[29] SIP RTCP 요약 보고서, H.460.9 부록 B(H.323용), H.248.30 및 MGCP 확장 등 여러 프로토콜이 정의되어 있다.

보안을 위해 실시간 전송 제어 프로토콜(SRTP), ZRTP 등의 표준 프로토콜을 사용하여 통화 내용을 암호화한다.

3. 1. 코덱

VoIP에서 사용되는 코덱은 음성 데이터를 압축하고 복원하는 알고리즘으로, 대역폭, 음질, 복잡도 등 다양한 요소를 고려하여 선택한다. 널리 사용되는 코덱으로는 MDCT 기반 AAC-LD(페이스타임에서 사용), LPC/MDCT 기반 오푸스(왓츠앱에서 사용), LPC 기반 SILK(스카이프에서 사용), μ-법칙 및 A-법칙 버전의 G.711, G.722, 그리고 오픈 소스 음성 코덱인 iLBC(G.729와 같이 각 방향으로 8 kbit/s만 사용) 등이 있다.^[3]

3. 2. 프로토콜

VoIP 통신은 여러 프로토콜을 사용하여 구현된다. 이러한 프로토콜은 네트워크 연결, 세션 관리, 신호 처리, 미디어 설명 및 전송, 보안 등 다양한 기능을 수행한다.^[9]

세션 시작 프로토콜(SIP): IETF에서 개발한 연결 관리 프로토콜로, VoIP 통신에서 가장 널리 사용된다.^[9]
H.323: ITU-T에서 개발한 초기 VoIP 프로토콜 중 하나로, 현재는 SIP에 비해 사용 빈도가 낮다.^[10]^[11]
미디어 게이트웨이 제어 프로토콜(MGCP): 미디어 게이트웨이를 제어하기 위한 프로토콜이다.
H.248: PSTN과 패킷 네트워크가 융합된 환경에서 미디어 게이트웨이를 제어하는 프로토콜이다.
실시간 전송 프로토콜(RTP): 실시간 음성 및 비디오 데이터를 전송하는 프로토콜이다.
실시간 전송 제어 프로토콜(RTCP): RTP의 자매 프로토콜로, 스트림 통계 및 상태 정보를 제공한다.
보안 실시간 전송 프로토콜(SRTP): RTP를 암호화한 버전이다.
세션 설명 프로토콜(SDP): 멀티미디어 통신 세션 정보를 기술하는 프로토콜이다.
인터-애스터리스크 교환(IAX): 애스터리스크 PBX 인스턴스 간에 사용되는 프로토콜이다.
확장 가능 메시징 및 프레즌스 프로토콜(XMPP): 인스턴트 메시징, 프레즌스 정보, 연락처 목록 관리에 사용되는 프로토콜이다.
징글: XMPP의 피어 투 피어 세션 제어를 위한 프로토콜이다.
Skype 프로토콜(Skype protocol): 피어 투 피어 아키텍처 기반의 독점 인터넷 전화 프로토콜이다.
매트릭스: 온라인 채팅, VoIP, 화상 통화를 위한 개방 표준 프로토콜이다.

호 제어(전화 발신 및 종료)와 음성 송수신을 위해 여러 프로토콜이 결합되어 사용된다. SIP가 호 제어 프로토콜로 자주 사용되며, H.323도 사용된다.^[119]^[120]

IP 전화망 간 발신 및 수신을 위해 SIP 서버 연동이 이루어지고 있다.^[119]^[120] 전화 교환망을 폐지하고 IP 접속으로 상호 접속을 대체하는 방안도 검토되고 있다.^[121]

VoIP 전용 장비는 SIP 방식과 H.323 방식을 사용하며, IPv4와 IPv6 방식이 있다. 현재는 대부분 SIP를 사용하며, H.323 사용은 드물다.

3. 3. 서비스 품질 (QoS)

IP 네트워크에서의 통신은 데이터 패킷이 손실되지 않고 순차적으로 전달된다는 보장이 없어, 회선 교환 방식의 공중 전화 네트워크에 비해 신뢰성이 떨어진다. 이는 기본적인 서비스 품질(QoS) 보장이 없는 최선을 다하는 네트워크이기 때문이다. 음성 및 기타 모든 데이터는 고정된 최대 용량의 IP 네트워크를 통해 패킷으로 전송되는데, 혼잡 발생 시 기존의 회선 교환 시스템보다 데이터 손실 가능성이 더 높다. 용량이 부족한 회선 교환 시스템은 나머지 데이터를 손상 없이 전달하면서 새 연결을 거부하지만, 패킷 교환 네트워크의 전화 통화와 같은 실시간 데이터의 품질은 급격히 저하된다.^[25] 따라서 VoIP 구현은 지연, 패킷 손실 및 지터 문제에 직면할 수 있다.^[25]^[26]

기본적으로 네트워크 라우터는 선입선출 방식으로 트래픽을 처리한다. 패킷 이동에 따른 물리적 거리로 발생하는 고정 지연은 제어할 수 없다. 특히 정지궤도 위성까지의 먼 거리로 인해 위성 회선이 포함될 경우 문제가 되며, 400~600ms의 지연이 일반적이다. DiffServ와 같은 QoS 방법을 사용하여 음성 패킷을 지연에 민감한 것으로 표시하면 지연을 최소화할 수 있다.^[25]

트래픽 양이 많은 링크의 네트워크 라우터는 VoIP에 허용 가능한 임계값을 초과하는 지연을 발생시킬 수 있다. 링크 과부하로 인해 혼잡 및 관련 대기 지연과 패킷 손실이 발생할 수 있다. 이는 TCP과 같은 전송 프로토콜에 혼잡을 완화하기 위해 전송 속도를 줄이라는 신호를 보낸다. 그러나 VoIP는 일반적으로 TCP가 아닌 UDP를 사용하는데, 재전송을 통한 혼잡 복구는 너무 많은 지연을 수반하기 때문이다.^[25] 따라서 QoS 메커니즘은 링크가 대량 트래픽으로 혼잡하더라도 동일 링크의 대기 중인 대량 트래픽보다 앞서 VoIP 패킷을 즉시 전송하여 VoIP 패킷 손실을 방지한다.

VoIP 엔드포인트는 일반적으로 새 데이터를 보내기 전에 이전 패킷 전송이 완료될 때까지 기다려야 한다. 전송 중인 중요도가 낮은 패킷을 선점(중단)할 수 있지만, 특히 최대 크기 패킷에 대한 전송 시간이 짧은 고속 링크에서는 일반적으로 그렇게 하지 않는다.^[27] 저속 링크(예: 다이얼업 및 디지털 가입자 회선(DSL))에서 선점의 대안은 최대 전송 단위를 줄여 최대 전송 시간을 줄이는 것이다. 그러나 모든 패킷에는 프로토콜 헤더가 포함되어야 하므로, 이는 통과하는 모든 링크에서 상대적인 헤더 오버헤드를 증가시킨다.^[27]

수신기는 순서대로 도착하지 않은 IP 패킷을 재정렬하고, 패킷이 너무 늦게 또는 전혀 도착하지 않을 때 정상적으로 복구해야 한다. 패킷 지연 변동은 동일한 전송 링크에 대한 다른 사용자와의 경쟁으로 인해 지정된 네트워크 경로를 따라 대기 지연의 변화로 발생한다. VoIP 수신기는 들어오는 패킷을 재생 버퍼에 잠시 저장하여 이 변동을 수용하고, 의도적으로 지연을 늘려 각 패킷이 음성 엔진이 재생할 시간이 되었을 때 사용 가능할 가능성을 높인다. 추가 지연은 과도한 지연과 과도한 끊김(일시적인 오디오 중단) 사이의 절충안이다.

지터는 확률 변수이지만, 적어도 어느 정도 독립적인 다른 여러 확률 변수의 합이다. 즉, 해당 인터넷 경로를 따라 라우터의 개별 대기 지연이다. 중심 극한 정리에 따라 지터는 가우시안 확률 변수로 모델링할 수 있다. 이는 평균 지연과 표준 편차를 지속적으로 추정하고, 평균보다 몇 표준 편차 이상 지연된 패킷만 유용하지 않을 정도로 늦게 도착하도록 재생 지연을 설정하는 것을 시사한다. 실제로 많은 인터넷 경로의 지연 변동은 소수(종종 하나)의 상대적으로 느리고 혼잡한 병목 링크에 의해 지배된다. 대부분의 인터넷 백본 링크는 이제 매우 빠르기 때문에(예: 10Gbit/s), 지연은 전송 매체(예: 광섬유)에 의해 지배되고, 이를 구동하는 라우터에는 대기 지연이 중요할 만큼 충분한 버퍼링이 없다.^[28]

VoIP 통화에 대한 서비스 품질(QoS) 및 경험 품질(QoE) 보고를 지원하기 위해 여러 프로토콜이 정의되었다. 여기에는 RTP 제어 프로토콜(RTCP) 확장 보고서,^[29] SIP RTCP 요약 보고서, H.460.9 부록 B(H.323용), H.248.30 및 MGCP 확장이 포함된다.

RTCP 확장 보고서 VoIP 메트릭 블록은 라이브 통화 중에 VoIP 전화 또는 게이트웨이에서 생성되며, 패킷 손실률, 패킷 삭제율(지터로 인해), 패킷 손실/삭제 버스트 메트릭(버스트 길이/밀도, 간격 길이/밀도), 네트워크 지연, 종단 시스템 지연, 신호/잡음/에코 레벨, 평균 의견 점수(MOS) 및 R 요소, 지터 버퍼와 관련된 구성 정보 등을 포함한다. VoIP 메트릭 보고서는 통화 중에 가끔씩 IP 엔드포인트 간에 교환되며, SIP RTCP 요약 보고서 또는 다른 시그널링 프로토콜 확장 중 하나를 통해 통화 종료 메시지가 전송된다. VoIP 메트릭 보고서는 QoS 문제 관련 실시간 피드백, 통화 품질 개선을 위한 엔드포인트 간 정보 교환 및 다양한 기타 애플리케이션을 지원한다.

DSL 모뎀은 일반적으로 로컬 장비에 이더넷 연결을 제공하지만, 내부적으로는 비동기 전송 모드(ATM)(Asynchronous Transfer Mode) 모뎀일 수 있다. 이들은 ATM 적응 계층 5(AAL5)(ATM Adaptation Layer 5)를 사용하여 각 이더넷 패킷을 일련의 53바이트 ATM 셀로 분할하여 전송하고, 수신단에서 이들을 다시 이더넷 프레임으로 재조립한다.

VoIP에 대해 별도의 가상 회로 식별자(VCI)(virtual circuit identifier)를 사용하면 공유 연결에서 지연 시간을 줄일 수 있다. ATM의 지연 시간 감소 가능성은 느린 링크에서 가장 크다. 최악의 경우 지연 시간은 링크 속도가 빨라짐에 따라 감소하기 때문이다. 전체 크기(1500바이트) 이더넷 프레임은 128kbit/s에서 94ms가 걸리지만, 1.5Mbit/s에서는 8ms만 걸린다. 병목 링크라면, 이 지연 시간은 MTU 감소나 여러 ATM VC 없이도 양호한 VoIP 성능을 보장하기에 충분히 작다. 최신 세대의 DSL인 VDSL과 VDSL2는 중간 ATM/AAL5 계층 없이 이더넷을 전송하며, 일반적으로 IEEE 802.1p 우선 순위 태깅을 지원하여 VoIP가 시간에 민감하지 않은 트래픽보다 우선적으로 큐에 들어갈 수 있다.^[25]

ATM은 상당한 헤더 오버헤드를 가진다. 5/53 = 9.4%로, 대략 1500바이트 이더넷 프레임 총 헤더 오버헤드의 두 배이다. 이 "ATM 세금"은 여러 가상 회로를 활용하든 그렇지 않든 모든 DSL 사용자가 부담하며, 실제로 여러 가상 회로를 활용하는 사용자는 거의 없다.^[25]

데이터 링크 계층과 물리 계층에서는 VoIP 애플리케이션이 네트워크 혼잡 발생 시에도 원활하게 동작하도록 돕는 품질 보증(QoS) 메커니즘을 위해 여러 프로토콜이 사용된다. 몇 가지 예는 다음과 같다.

IEEE 802.11e는 무선 LAN 애플리케이션을 위한 일련의 품질 보증 향상 기능을 매체 접근 제어 (MAC) 계층 수정을 통해 정의하는 IEEE 802.11 표준에 대한 승인된 수정안이다. 이 표준은 음성을 포함한 무선 IP와 같이 지연에 민감한 애플리케이션에 매우 중요하게 여겨진다.
IEEE 802.1p는 2계층 유선 이더넷 상의 트래픽에 대해 8가지의 서로 다른 서비스 등급(음성 전용 등급 포함)을 정의한다.
ITU-T G.hn 표준은 기존 가정 배선(전력선, 전화선 및 동축 케이블)을 사용하여 최대 1기가비트/초의 고속 근거리 통신망 (LAN)을 생성하는 방법을 제공한다. G.hn은 QoS를 필요로 하고 네트워크 컨트롤러와 "계약"을 체결한 플로우(예: VoIP 통화)에 할당되는 무경합 전송 기회(CFTXOP)를 통해 QoS를 제공한다.

음성 전송 품질은 네트워크 요소와 사용자 에이전트 하드웨어 또는 소프트웨어에서 모니터링할 수 있는 여러 지표로 특징지어진다. 이러한 지표에는 네트워크 패킷 손실, 패킷 지터, 패킷 지연 시간(지연), 발신 후 지연 및 에코가 포함된다. 이러한 지표는 VoIP 성능 테스트 및 모니터링을 통해 결정된다.^[30]^[31]^[32]^[33]^[34]^[35]

3. 4. 보안

VoIP 전화 시스템은 다른 인터넷 연결 장치와 마찬가지로 보안 문제가 존재한다. 해커는 VoIP 취약점을 이용해 서비스 거부 공격, 데이터 수집, 대화 녹음, 음성 메시지 손상 등을 수행할 수 있다.^[49] 손상된 VoIP 계정이나 세션 자격 증명을 통해 제3자 서비스(장거리 또는 국제 통화 등)를 이용하여 요금을 부과할 수도 있다.

VoIP 트래픽은 방화벽과 네트워크 주소 변환(NAT)을 통과하기 어렵기 때문에, 세션 경계 제어기(SBC)를 사용하여 보호된 네트워크로의 VoIP 통화를 가능하게 한다.^[49] NAT 장치를 통과하는 다른 방법으로는 STUN, 상호 연결 설정(ICE)과 같은 보조 프로토콜이 있다.^[49]

VoIP 보안을 위한 표준 프로토콜에는 실시간 전송 제어 프로토콜(SRTP), ZRTP (아날로그 전화 어댑터용)가 있으며, 일부 소프트폰에서 사용할 수 있다.^[49] 지점 간 VoIP는 IPsec을 사용하여 전송 계층에서 기회적 암호화를 통해 보호할 수 있다.^[49] 많은 소비자용 VoIP 솔루션은 신호 경로나 미디어 암호화를 지원하지 않지만, VoIP를 사용한 전화 보안은 기존 전화 회선보다 개념적으로 구현이 더 쉽다.^[49] 데이터 네트워크에 접근할 수 있다면 VoIP 통화 도청이 비교적 쉽기 때문에, 암호화에 대한 광범위한 지원이 부족하다는 단점이 있다.^[49] 와이어샤크와 같은 오픈 소스 솔루션을 사용하면 VoIP 대화를 캡처할 수 있다.^[49]

정부 및 군사 조직은 보안 IP 음성(VoSIP), 보안 IP 음성(SVoIP), 보안 보안 IP 음성(SVoSIP) 등 다양한 보안 조치를 사용하여 VoIP 트래픽을 보호한다.^[50] 이들의 차이점은 암호화를 전화 엔드포인트에 적용하는지, 네트워크에 적용하는지에 따라 달라진다.^[51] 보안 보안 IP 음성은 실시간 전송 제어 프로토콜(SRTP) 및 ZRTP와 같은 프로토콜을 사용하여 미디어를 암호화한다.^[52] 보안 IP 음성은 SIPRNet과 같은 분류된 네트워크에서 유형 1 암호화를 사용한다.^[52]^[53]^[54]^[55] GNU 소프트웨어와 ZRTP 라이브러리를 통해 여러 상용 VoIP 프로그램에서 공개 보안 VoIP를 사용할 수 있다.^[56]

2021년 6월, 미국 국가안보국(NSA)은 통신 시스템의 네 가지 공격 방식(네트워크, 경계, 세션 제어기, 종단점)을 설명하고, 각 방식에 대한 보안 위험 및 완화 기술을 설명하는 문서를 발표했다.^[57]^[58]

4. 구성 요소

VoIP(Voice over Internet Protocol)는 음성 통화를 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크를 통해 전달하는 기술로, 여러 구성 요소로 이루어져 있다.

VoIP 전용 장비: 세션 이니셔티브 프로토콜(SIP) 방식, H.323 방식, IPv4 방식, IPv6 방식 등의 통신 프로토콜을 사용하여 호 제어를 수행한다. 2016년 현재는 대부분 SIP 방식을 사용한다.
VoIP망 제어 장치: IP 주소와 전화번호 변환, 통신 대역폭 관리, 혼잡 처리, 요금 계산, 프레즌스 관리 등의 기능을 수행한다. SIP에서는 SIP 서버, H.323에서는 게이트키퍼라고 부른다. 소프트 스위치라고도 불리는 소프트웨어 형태로 구현될 수도 있다.
VoIP 게이트웨이: 공중전화망(PSTN)이나 다른 IP 전화망 등 서로 다른 네트워크 간의 정보 송수신 및 프로토콜 변환을 수행한다.
IP 사내교환기(IP-PBX): 일반 전화망 교환기에 IP 네트워크 연결 기능을 추가한 것이다.
IP 전화 어댑터: LAN 등을 통해 VoIP 통화를 가능하게 하기 위해 프로토콜과 인터페이스를 변환하는 장치이다.
VoWLAN 컨트롤러: 무선 IP 전화기를 무선랜(WLAN) 액세스 포인트(Access Point) 간에 핸드오버할 수 있도록 제어하는 장비이다.
단말: VoIP 서비스 제공업체에 연결하려면 VoIP 전화가 필요하며, 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다.
전용 VoIP 전화: 이더넷 또는 Wi-Fi와 같은 기술을 사용하여 IP 네트워크에 직접 연결된다.
아날로그 전화 어댑터
소프트폰 응용 프로그램: 컴퓨터에 설치된 마이크와 스피커 또는 헤드셋을 갖춘 소프트웨어이다.

Wi-Fi 전화 단말기는 무선랜(Wi-Fi)에 직접 연결할 수 있는 휴대용 전화기이며, IP 전화기는 이더넷(Ethernet)에 직접 연결할 수 있는 유선 전화기이다. 소프트폰은 컴퓨터의 소프트웨어로 구현된 IP 전화이다. 아이폰(iPhone)이나 안드로이드(Android) 등의 스마트폰에 스카이프(Skype)나 바이버(Viber) 등의 애플리케이션을 설치하여 인터넷 전화로 이용할 수 있다.

4. 1. VoIP 전용 장비

VoIP 전용 장비는 호 제어를 위한 통신 프로토콜로 세션 이니셔티브 프로토콜(SIP) 방식과 H.323 방식, IPv4 방식과 IPv6 방식이 있다. 네트워크가 통일되어 있지 않으면 많은 게이트웨이가 필요하다.^[119]^[120] 2016년 현재는 거의 SIP로 통일되었고, H.323을 사용하는 것은 드물다.

4. 1. 1. VoIP망 제어 장치

VoIP망 제어 장치는 IP 주소와 전화번호를 서로 바꾸고, 통신 대역폭을 관리하며, 혼잡(輻輳)을 처리하고, 요금 계산, 프레즌스 관리 등의 추가 기능을 수행하는 장치이다. SIP에서는 SIP 서버, H.323의 경우 게이트키퍼라고 부른다. 범용 서버의 소프트웨어로 구현된 것은 소프트 스위치라고도 한다.^[9]^[10]

전화 교환기에 비해 도입 비용이 저렴하고, 유지보수 및 기능 확장이 쉽다.

4. 1. 2. VoIP 게이트웨이

VoIP 게이트웨이는 IP 전화망 제어 장치의 제어에 따라 공중전화망(PSTN)이나 다른 IP 전화망 등 서로 다른 네트워크 간의 정보 송수신 및 프로토콜 변환을 수행하는 장치이다.^[121]

IP 사내교환기

: IP사내교환기(전화교환기)는 일반 전화망 교환기에 IP 네트워크 연결 기능을 추가한 것이다. 사업자용과 내선용 IP-PBX(IP Private Branch eXchange)가 있으며, VoIP망 제어 장치와 통합된 것도 있다.

IP 전화 어댑터

: IP 전화 어댑터는 LAN 등을 통해 VoIP 통화를 가능하게 하기 위해 프로토콜과 인터페이스를 변환하는 장치이다. 연결 장치별 용도는 다음과 같다.

장치 종류	설명
아날로그전화기(ATA)	회선 수가 적은 것이 일반적이다. 가정용 등의 기종에서는 ADSL 모뎀이나 라우터와 복합기인 경우가 많다.
PHS	사내 PHS의 백본을 LAN에 통합하기 위해 사용한다.
ISDN 지원 내선 교환기	비즈니스폰 등을 ISDN에서 전환하기 위해 사용한다. S 접속 방식이 많지만 U 접속 방식도 있다.

4. 1. 3. VoWLAN 컨트롤러

VoWLAN 컨트롤러는 무선 IP 전화기를 무선랜(WLAN) 액세스 포인트(Access Point) 간에 핸드오버할 수 있도록 제어하는 장비이다.^[1] 무선랜의 보안 기능을 갖춘 제품도 많다.^[1] 단말과 액세스 포인트 간의 인증 및 핸드오버 시간을 단축하는 표준으로 IEEE 802.11i가 있다.^[1] 또한, 서비스 품질(QoS, Quality of Service)을 위한 대역폭 제어, 동시 통화 수 제한, 대기 시간 연장을 위한 절전 제어 표준으로 IEEE 802.11e가 있다.^[1]

4. 2. 단말

VoIP 서비스 제공업체에 연결하려면 VoIP 전화가 필요하며, 다음과 같은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다.

전용 VoIP 전화: 이더넷 또는 Wi-Fi와 같은 기술을 사용하여 IP 네트워크에 직접 연결된다. 이러한 전화는 일반적으로 기존의 디지털 업무용 전화 스타일로 설계된다.
아날로그 전화 어댑터: 네트워크에 연결되고 모듈식 전화 잭을 통해 연결된 기존 아날로그 전화를 작동하기 위한 전자 장치와 펌웨어를 구현한다. 일부 가정용 인터넷 게이트웨이 및 케이블 모뎀에는 이 기능이 내장되어 있다.
소프트폰 응용 프로그램: 네트워크에 연결된 컴퓨터에 설치된 마이크와 스피커 또는 헤드셋을 갖춘 소프트웨어이다. 이 응용 프로그램은 일반적으로 사용자가 마우스 클릭이나 키보드 입력으로 응용 프로그램을 작동할 수 있도록 다이얼 패드와 표시 필드를 사용자에게 제공한다.^[13]

Wi-Fi 전화 단말기는 무선랜(Wi-Fi)에 직접 연결할 수 있는 휴대용 전화기이다. 모바일 센터렉스용 단말기로 기대되고 있다.

IP 전화기는 이더넷(Ethernet)에 직접 연결할 수 있는 유선 전화기이다. PoE(Power over Ethernet) 기능이 있는 스위칭 허브에서 전원을 공급받아 작동하며, 별도의 전원 어댑터가 필요 없는 제품도 있다. 또한, 스위칭 허브 기능을 가지고 퍼스널 컴퓨터와 연동 기능을 갖춘 제품도 있다.

소프트폰은 컴퓨터의 소프트웨어로 구현된 IP 전화이다. 비교적 저렴하고 다른 소프트웨어와의 연동 기능, 음성 녹음 등 많은 기능을 가지고 있으며, 콜센터 등에서 사용되고 있다.

아이폰(iPhone)이나 안드로이드(Android) 등의 스마트폰에 스카이프(Skype)나 바이버(Viber) 등의 애플리케이션을 설치하여 인터넷 전화로 이용할 수 있다.

5. 활용

VoIP는 개인, 기업, 이동통신 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

개인은 VoIP 전화를 이용하여 저렴하게 통화하거나, 스카이프와 같이 무료 통화 및 편의성을 제공하는 서비스를 이용할 수 있다. 구글 톡처럼 인터넷 상에서 동적 상호 연결을 허용하는 서비스도 있다.^[3] 스마트폰에서 SIP 클라이언트를 사용할 수도 있다.^[16]^[17]

기업은 VoIP 시스템으로 전환하여 전화 비용을 절감하고 있다. 2008년에는 새로 설치된 PBX(사설교환기) 회선의 80%가 VoIP였다.^[18] 음성 및 데이터 통신을 단일 네트워크로 통합하여 인프라 비용을 절감하고, 모든 통신을 다양한 기기로 전달하는 통합 커뮤니케이션 서비스도 활용한다.

이동통신망에서는 VoLTE (VoLTE) 및 5G 음성 통화 (Vo5G)와 같이 IP 기반으로 음성 통신을 가능하게 하는 시스템이 개발되었다.^[5]^[6] VoLTE는 4G LTE 망에서 고품질 음성(HD Voice) 및 빠른 통화 연결을 제공하며,^[7] Vo5G는 5G 망에서 이를 더욱 향상시킨다.^[8]

5. 1. 한국 VoIP 서비스 현황

대한민국에서는 정부에 등록된 사업자만 VoIP 서비스를 제공할 수 있다. 한국의 VoIP 서비스는 대부분 사용량에 따라 요금이 부과되며, 유선 전화와 비슷한 요금으로 청구된다는 점에서, 많은 VoIP 사업자들이 정액 요금제를 제공하는 것과 차이가 있다.^[78] 외국 VoIP 사업자는 정부 등록에 높은 장벽에 직면한다.^[78]

2006년 주한미군(USFK) 기지에 거주하는 주한미군 구성원에게 개인 인터넷 서비스를 제공하는 인터넷 서비스 제공업체(ISP)들이, 주한미군 구성원들이 미국에 있는 가족과 경제적으로 연락하는 수단으로 사용하는 VoIP 서비스에 대한 접근을 차단하겠다고 위협하면서 이 문제가 극에 달했다. 그 이유는 해당 구성원들의 VoIP 사업자가 등록되어 있지 않았기 때문이었다.^[78] 2007년 1월 주한미군과 한국 통신 당국 간에 타협이 이루어져, 2007년 6월 1일 이전에 한국에 도착하여 기지에서 제공하는 ISP 서비스를 이용하는 주한미군 구성원은 기존의 미국 기반 VoIP 서비스를 계속 사용할 수 있지만, 그 이후에 도착하는 구성원은 한국 기반 VoIP 사업자를 이용해야 하며, 계약에 따라 미국 VoIP 사업자들이 제공하는 정액 요금제와 유사한 가격을 제공해야 한다.^[78]

6. 문제점 및 과제

VoIP는 여러 장점에도 불구하고 다음과 같은 문제점과 과제를 안고 있다.

'''통화 품질''': VoIP 통화 품질은 네트워크 환경에 따라 크게 달라진다. 네트워크 정체, 지연, 패킷 손실 등은 통화 품질 저하의 주요 원인이다.
'''보안''': VoIP는 도청, 서비스 거부 공격 등 다양한 보안 위협에 노출될 수 있다. 암호화되지 않은 VoIP 통신은 제3자에 의해 쉽게 도청될 수 있으며, 서비스 거부 공격은 VoIP 서비스 자체를 마비시킬 수 있다.
'''긴급 통화''': VoIP는 긴급 통화 시 위치 정보 제공에 어려움이 있다. 유선 전화와 달리 VoIP는 전화번호와 실제 위치 간의 직접적인 연결이 없기 때문에, 긴급 구조 기관이 발신자의 정확한 위치를 파악하기 어렵다. 미국에서는 향상된 911(E911) 시스템을 통해 VoIP 공급업체가 이러한 응급 서비스를 제공하며, 이는 무선 통신 및 공공 안전법을 기반으로 한다. VoIP E911 응급 통화 시스템은 발신자의 전화번호에 실제 주소를 연결한다. 공중전화망에 대한 접근을 제공하는 모든 VoIP 제공업체는 가입자에게 요금이 부과될 수 있는 서비스인 E911을 구현해야 한다. "VoIP 제공업체는 고객이 911 서비스를 선택 해제하지 못하도록 할 수 있습니다."^[45] VoIP E911 시스템은 정적 테이블 조회를 기반으로 한다. 보조 GPS 또는 기타 방법을 사용하여 E911 통화의 위치를 추적할 수 있는 휴대전화와 달리 VoIP E911 정보는 가입자가 응급 주소 정보를 최신 상태로 유지하는 경우에만 정확하다.^[46]
'''번호 이동성''': 번호 이동성은 VoIP 사업자 변경 시 기존 전화번호를 그대로 유지하는 것을 어렵게 만든다. 미국 연방통신위원회(FCC)는 사업자의 이러한 소비자 보호 규정 준수를 의무화하고 있다. 2007년 11월, 미국 FCC는 상호 연결된 VoIP 제공업체 및 VoIP 제공업체를 지원하는 사업자에게 번호 이동성 의무를 확대하는 명령을 발표했다.^[43]
'''상호 운용성''': 다양한 VoIP 시스템 및 프로토콜 간의 상호 운용성 문제는 VoIP 확산의 걸림돌이 될 수 있다.

7. 법적 규제

대한민국에서는 전기통신사업법에 따라 VoIP 서비스를 제공하려는 사업자는 정부에 등록해야 한다.^[78] 등록된 VoIP 사업자는 번호 이동성을 지원하고, 긴급 통화 서비스를 제공해야 하는 등의 의무를 진다.^[78] 대부분의 한국 VoIP 서비스는 사용량에 따라 요금이 부과되며, 이는 유선 전화와 비슷한 수준이다.^[78] 외국 VoIP 사업자의 경우, 정부 등록에 어려움이 있어 진입 장벽이 높다.^[78]

2007년 이전에는 주한미군 기지에 거주하는 주한미군 구성원에게 개인 인터넷 서비스를 제공하는 ISP들이 VoIP 서비스 접근을 차단하려 했으나, 이는 해당 VoIP 사업자가 등록되지 않았기 때문이었다.^[78] 2007년 1월, 주한미군과 한국 통신 당국 간의 협의를 통해 2007년 6월 1일 이전에 한국에 도착한 주한미군 구성원은 기존 미국 기반 VoIP 서비스를 계속 사용할 수 있게 되었다.^[78] 그러나 그 이후 도착하는 구성원은 한국 기반 VoIP 사업자를 이용해야 하며, 이들은 미국 VoIP 사업자의 정액 요금제와 유사한 가격을 제공해야 한다.^[78]

미국에서는 미국 연방통신위원회(FCC)가 상호접속 VoIP 서비스 제공업체에게 기존 통신 서비스 제공업체와 유사한 규제를 적용한다.^[79] 미국의 VoIP 사업자는 번호이동성 지원, 장애인 접근성 보장, 규제 수수료 및 보편적 서비스 기여금 납부, 법 집행을 위한 통신 지원법(CALEA)에 따른 법 집행 기관의 감시 허용 등의 의무를 진다.^[79] 상호접속 VoIP 사업자는 E911 서비스 제공, 고객 위치 정보 업데이트 제공, E-911 기능 제한 사항 공개, 고객의 확인 획득 등의 의무도 지며, 고객이 911 서비스를 거부하는 것은 허용되지 않는다.^[80]^[81] "이동형" VoIP 서비스 제공업체는 주 통신 규제에서 면제된다.^[82]

미국 의회에서는 외국 정보 감시법 변경에 대한 논의가 있었다. 이는 미국인과 외국인 간의 통화에 관한 것으로, 국가안보국(NSA)은 영장 없이 미국인의 대화를 도청할 권한이 없다.^[83] 그러나 VoIP는 발신자와 수신자의 위치를 명확하게 나타내지 않아 법 집행 기관의 감시가 어렵고, 정부의 보안 우려를 증가시킨다.^[83]

일부 국가에서는 VoIP 서비스 이용을 제한하거나 금지한다.^[64] 에티오피아는 정부가 통신 서비스를 국유화하고 있어 VoIP 서비스 제공이 형사범죄에 해당하며, VoIP를 이용한 국제전화를 방지하기 위해 방화벽을 설치했다.^[65] 아랍에미리트(UAE)에서는 무허가 VoIP 서비스 제공 및 사용이 불법이며, 무허가 VoIP 제공업체의 웹사이트는 차단된다.^[71]

8. 관련 기술

VoIP는 오디오 코덱과 비디오 코덱으로 오디오 및 비디오를 인코딩하는 특수 미디어 전송 프로토콜을 사용하여 미디어 스트림을 전송한다. 애플리케이션 요구 사항과 네트워크 대역폭에 따라 미디어 스트림을 최적화하는 다양한 코덱이 존재한다. 일부 구현은 협대역과 압축된 음성에 의존하는 반면, 다른 구현은 고충실도 스테레오 코덱을 지원한다.

VoIP에서 가장 널리 사용되는 음성 부호화 표준은 선형 예측 코딩(LPC)과 변형된 이산 코사인 변환(MDCT) 압축 방식을 기반으로 한다. 널리 사용되는 코덱으로는 MDCT 기반 AAC-LD(FaceTime에서 사용), LPC/MDCT 기반 오푸스(WhatsApp에서 사용), LPC 기반 SILK(Skype에서 사용), μ-법칙 및 A-법칙 버전의 G.711, G.722, 그리고 오픈 소스 음성 코덱인 iLBC(각 방향으로 8 kbit/s만 사용하는 G.729) 등이 있다.

VoIP 전화 외에도 VoIP는 많은 개인용 컴퓨터 및 기타 인터넷 접속 장치에서도 사용할 수 있다. 통화와 SMS 문자 메시지는 Wi-Fi 또는 통신사의 모바일 데이터 네트워크를 통해 전송될 수 있다.^[4] VoIP는 단일 통합 커뮤니케이션 시스템을 사용하여 모든 현대 통신 기술을 통합하는 프레임워크를 제공한다.

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